SINTESIS DAN INVESTIGASI SIFAT MAGNETIK KRISTAL TUNGGAL NACRO2 - Dhani Prasetiyawati, Rahma
Senyawa yang memiliki keadaan frustrasi magnetik menjanjikan munculnya berbagai kondisi magnetik yang unik lainnya. Senyawa tersebut dapat menunjukkan perilaku spin-glass, menghasilkan berbagai spin-spiral, atau bahkan mengandung skyrmion. Secara geometris, frustrasi magnetik adalah situasi di mana sebagian besar situs magnetik dalam kisi memenuhi interaksi pertukaran yang saling bersaing atau bertentangan, yang biasanya merupakan akibat dari geometri atau topologi kisi. Salah satu senyawa yang menarik adalah NaCrO2. Polikristalin NaCrO2 dilaporkan sebagai antiferromagnet dengan kisi-segitiga dua-dimensi dengan tingkat frustrasi magnetik yang sangat kuat. Namun, senyawa ini telah banyak dipelajari hanya untuk bulk-nya. Selain itu, metode untuk menumbuhkan kristal tunggal dari senyawa ini belum banyak dikembangkan. Di sini, kami melaporkan beberapa upaya untuk menumbuhkan kristal tunggal NaCrO2 menggunakan metode fluks dengan beberapa fluks yang berbeda seperti NaCl, B2O3, dan fluks campuran PbO – B2O3. Kristal yang telah ditumbuhkan kemudian dikarakterisasi sifat strukturalnya menggunakan X-Ray Diffraction (XRD), single-crystal XRD, Scanning Electron Microscopy (SEM), dan Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDS). Selanjutnya, sifat magnetik dari kristal yang ditumbuhkan dikarakterisasi menggunakan Magnetic Properties Measurement System (MPMS) dan kemudian dibandingkan dengan sifat magnetic polikristalin NaCrO2 yang telah diselidiki sebelumnya. Setelah sintesis solid-state, bubuk NaCrO2 berwarna hijau tua diperoleh. Sampel tersebut kemudian dianalisis menggunakan XRD dan hasil analisis Rietveld-nya menunjukkan bahwa komposisi NaCrO2 dan Na2CrO4 dalam sampel adalah 46:4. Hal tersebut mungkin disebabkan oleh oksidasi NaCrO2 menjadi Na2CrO4 selama persiapan sampel karena senyawa tersebut dapat dengan mudah teroksidasi ketika terkena udara bebas. Na2CrO4 tidak terlalu menarik untuk dipelajari lebih lanjut karena merupakan senyawa non-magnetik. Sampel yang telah diperoleh kemudian direkristalisasi menggunakan fluks NaCl. Kristal yang diperoleh memiliki warna hijau gelap yang dikelilingi oleh kristal transparan dari fluks NaCl. Kristalisasi banyak terjadi pada dinding tabung kuarsa dan sulit untuk memisahkan kristal yang ditumbuhkan dari tabung kuarsa tersebut. Setelah proses pencucian, kristal-kristal tersebut masih berwarna hijau tua, tetapi mereka melekat erat satu sama lain dan tidak dapat diteliti lebih lanjut sebagai kristal tunggal. Kemudian, dua hasil yang berbeda diperoleh dari sintesis kristal tunggal menggunakan fluks B2O3, bagian hitam di bagian atas dan bagian hijau gelap di bagian bawah. Hasil XRD dari bagian hitam menegaskan bahwa bagian ini sebagian besar terdiri dari Cr2O3 dan sejumlah kecil NaCrO2. Setelah dicuci dengan air sulingan, kristal yang diperoleh memiliki struktur datar dan warna hijau gelap ketika diamati di bawah mikroskop optik. Sementara itu, bagian bawahnya terdiri dari Cr2O3 dan Na2CrO4 yang dikonfirmasi oleh hasil XRD. Sejumlah bagian dari sampel dapat teroksidasi selama persiapan sampel untuk XRD. Bagian hijau tua berubah menjadi warna kuning ketika berada di udara terbuka akibat berubahnya bilangan oksidasi kromium dari Cr3+ menjadi Cr6+. Beberapa metode telah dilakukan untuk menumbuhkan kristal tunggal NaCrO2. Metode yang paling cocok untuk menumbuhkan kristal dengan bentuk yang bagus adalah menggunakan fluks campuran PbO–B2O3 dan diperoleh kristal dengan komposisi actual sebesar Na0.86CrO2. Masalah yang dihadapi selama proses pencucian dengan HNO3 atau/dan air suling adalah deinterkalasi ion Na+ pada permukaan kristal yang dipengaruhi oleh ketebalan kristal. Untuk mencegah proses deinterkalasi tersebut, diperlukan kristal yang lebih tebal yang dapat ditumbuhkan menggunakan komposisi fluks yang lebih besar dari material prekursor. Komposisi fluks yang lebih besar membuat supersaturasi dan pembentukan inti fase kristal lebih mudah terjadi. Akan tetapi, sifat magnetik kristal Na0.86CrO2 berbeda dari bulk NaCrO2 dan tidak dapat dianalisis menggunakan hubungan Curie-Weiss tetapi masih memiliki transisi sekitar 46 K yang dapat dikaitkan dengan temperatur Néel dari NaCrO2. Pengukuran suseptibilitas magnetik untuk kedua sampel yang ditumbuhkan menggunakan fluks PbO–B2O3 menunjukkan bahwa keteraturan spin magnetik dipertahankan di atas suhu kamar berbeda dengan bulk NaCrO2 yang keteraturan antiferromagnetiknya menghilang setelah 46 K. Di sisi lain, ketergantungan medan magnet dari kurva magnetisasi menunjukkan peningkatan magnetisasi seiring meningkatnya medan magnet yang diterapkan untuk kedua sampel yang serupa dengan yang terjadi pada bulk NaCrO2.